DE2533313C2

DE2533313C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Verformungs- und Dehnungsverhaltens von Werkstoffen

Info

Publication number: DE2533313C2
Application number: DE19752533313
Authority: DE
Inventors: Harald A. Dipl.-Ing. 6800 Mannheim Solmitz
Original assignee: Individual
Current assignee: SOLMITZ, HARALD A., DIPL.-ING., 6800 MANNHEIM, DE
Priority date: 1975-07-25
Filing date: 1975-07-25
Publication date: 1986-03-27
Also published as: DE2533313A1

Description

25

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Al und eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des A4 zur Bestimmung des Verformungs- und Dehnungsverhaltens von Werkstoffen, wobei die Verlängerung der Probe über die gesamte oder fast gesamte Einspannlänge ermittelt wird und die Messung erst bei einer entsprechenden Bezugslast beginnt.

Der Anwendungsbereich von Werkstoffen wird u. a. durch ihre Verformungsfähigkeit und ihr Dehnungsverhalten bestimmt Für die Verformungsfähigkeit wird als Kennwert das Bruchdehnungsverhalten herangezogen. Unter der Bruchdehnung wird im allgemeinen die gesamte plastische Verlängerung der Probe bis zu ihrem Versagen verstanden.

Ein übliches Verfahren zu ihrer Bestimmung besteht darin, auf der Probe eine Meßstrecke zu markieren und nach dem Bruch der Probe durch Zusammenlegen der beiden Probenteile festzustellen, wie sich diese Meßstrecke verlängert hat. Dieses Verfahren ist umständlich und zeitraubend durch das notwendige Anbringen der Meßmarken auf der Probe und das Zusammenlegen der Probenteile nach dem Versuch, und schließlich subjektiv und ungenau wegen der zerklüfteten Bruchflächen. Zur Berücksichtigung der zufälligen Lage der Brucheinschnürung innerhalb der Meßlänge müssen zudem häufig weitere Markierungen über die Meßlänge hinaus auf dem Probestab angebracht werden und eine zeitaufwendigere Auswertmethode benutzt werden.

Diese Methode zur Bestimmung der Bruchdehnung ist im Handbuch der Werkstoffprüfung von Siebel Band 2 zweite Auflage 1955 Seite 37 bis 92 Abschnitt B »Der Zugversuch« auf Seite 71 erster Absatz beschrieben.

In der Euronorm 2—57 »Zugversuch an Stahl« Ausgabe 1957, Seite 6 Abschnitt 5.1, der Deutschen Norm μ DIN 50 114 Ausgabe 1965 »Zugversuch ohne Feindehnungsmessung an Blechen« Seite 6 Abschnitt 7, der Deutschen Norm DIN 50 145 Ausgabe 1975 »Der Zugversuch« Seite 6 Abschnitt 8.4 Absatz 1 ist die gleiche Methode des Markier^ns der Meßlänge und des sorgfältigen Zusammenlegens der Bruchstücke unverändert angegeben. Die vier Schrifistellen beschreiben keine anderen Bestimmungsmethoden für die Bruchdehnung. In der DIN 50 145 wird lediglich gefordert, daß bei Benutzung anderer Bestimmungsmethoden dies im Protokoi! zu vermerken ist

In dem ganzen oben zitierten Abschnitt des Handbuches sind auch sonst keine Vorschläge zur Vereinfachung der Versuchsdurchführung gemacht außer auf Seite 44, Abbildung 7. Diese Vereinfachung betrifft aber nur die Bestimmung des Arbeitsvermögens, wobei darauf hingewiesen wird, daß ein vereinfachtes Verfahren üblich ist bei dem nicht das Arbeitsvermögen bis zum Probenbruch, sondern nur bis zur Höchstlast bestimmt wird und hierbei ohne genaues Planimetrieren der Hache ausreichend genaue Werte erhalten werden können. Diese vereinfachende Maßnahmen hat zur Bruchdehnungsbestimmung keinen Bezug.

Ober die Anwendung einer Vorlast wird nur im Abschnitt C, Seite 64 im Zusammenhang- mit der Bestimmung der 0,2-Grenze mit Feindehnungsmesser berichtet Es wird gefordert, daß zur Vermeidung von 0-Punktfehlern darauf zu achten ist, daß Ober· ,.aid Uniergehänge der Prüfmaschine bei Versuchsbeginr- unter Spannung stehen (Absatz 2, Zeile 8).

Nach Absatz 1, Zeile 6 und 7 ist eine möglichst niedrig gewählte Vorlast zu benutzen, und nach Absatz 2, Zeile 8 und 9 k-oin die Vorspannung ganz entfallen bei geeigneter Maschinenbauart, d. h. einer solchen die keine Lose in den Ober- und Untergehängen hat

Die geringe Vorlast dient hier nur zur Erreichung eines stabilen 0-Punktes am Dehnungsmeßgerät

Im Unterschied hierzu werden bei dem im folgenden beschriebenen Erfindungsgegenstand sehr hohe Bezugslasten gefordert, für die Bestimmung der Bruchdehnung z. B. die obere Streckgrenze. Diese Bezugslasten sind ein Bestandteil des beanspruchten Verfahrens und haben damit eine andere Bedeutung als die im Handbuch besprochene Vorlast die nach Seite 64, Abschnitt C, Absatz 2, Zeile 9 »auch Null sein« kann.

Auf Seite 71 des gleichen Handbuches wird darauf hingewiesen, daß die nach dem Verfahren Seite 71, Absatz 1 ermittelte Bruchdehnung von der Lage des Bruches innerhalb der Meßlänge abhängig ist und insbesondere bei Lage der Einschnürung nahe dem Ende der Meßstrecke zu kleine Werte erhalten werden.

Nach der alten Norm DIN 50 146 werden Versuche bei denen der Bruch weniger als 1/3 bzw. 1/5 von der Meßmarke entfernt liegt grundsätzlich verworfen. Um sie noch zu werten ist es gestattet eine Umechnung, die einer Verlagerung des Bruches in die Mitte der Meßstrecke theoretisch gleich kommt durchzuführen. Nach der neuen Norm DlWi 20 145, Ausgabe 1975, Abschnitt 8.4, Absatz 2 ist die Beurteilung dahingehend geändert, daß bei maßgeblichen Versuchen unabhängig von der Lage ii'es Bruches innerhalb der Meßlänge nach dem Bruch die Strecke Lu stets genügt, wenn der vorgeschriebene Wert erreicht wurde. Es ist daher üblich mit Mindestwerten für die Bruchdehnung in den Vorschriften zu arbeiten.

Bei dem beanspruchten Verfahren wird mit einer gegenüber den aufgebrachten Meßstrecken größeren Meßlänge gearbeitet, nämlich der gesamten oder fast gesamten Einspannlänge, wodurch die Einschnüi'stelle weiter von der Mitte der Probe abrücken kann ohne das Ergebnis stärker zu beeinflussen, zudem wird gegen Mindestwerte gearbe'tet, so daß ein besonderer Ausgleich bei Abnahmeversuchen durchweg entfallen kann. Bei modernen Abnahmeprüfmaschinen z. B. mit hydraulischem Spannzeug erfolgt zudem die Kraftübertragung auf die Probe so eindeutig, daß Brüche in den

Spannkeilen oder kurz davor als Ausnahme gelten.

Bekannt sind unter anderem Verfahren zur Dehnungsbestimmung kleiner Dehnbeträge mit schwenkbaren Prismen und optischer Anzeige oder mit elektrischer Kontaktgabe, weiterhin solche Geräte, die auf dem Prinzip veränderlicher Luftspalte in Transformatoren beruhen.

Bekannt sind auch Prüfmaschinen mit Biegefedern als Kraftmeßeinrichtung, wobei die Verformung elektrisch gemessen wird, z. B. mit Dehnungsmeßstreifen oder durch die Änderung eines Luftspaltes im Magnetfeld.

Es ist auch bekannt, Signale zum Abschalten der Maschine beim Probenbruch zu verwenden, z. B. die Schallenergie beim Probenbruch, oder das öffnen von Kontakten beim Nachlassen der Zugspannung an dem unteren Spannkopf.

Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren und Vorrichtung zu schaffen, das eine schnelle und selbsttätige, damit objektivere Bestimmung des Bruchdehnungsverhaiiens und der Dehngrenzen ermöglicht, sowohl als absolute wie relative Kennwerte.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 sowie des Vorrichtungsanspruchs 4 gelöst.

Hierbei wird die gesamte Probenverlängerung über die ganze oder fast ganze Einspannlänge ermittelt, wobei die Dehnungsmessung erst bei einer Prüflast beginnt, bei der einerseits die Maschine selbst so hoch belastet ist, daß eine Verfälschung der Messung durch Maschinenverformungen, Versetzen der Spannköpfe und der Keile od. dgl. vernachlässigbar ist, die Maschineneinflüsse annähernd die gleichen sind, wie bei dem Abschluß der Dehnungsmessung und andererseits der elastische Dehnungsbereich der Probe durchfahren ist.

Zweckmäßig für den Meßbeginn werden Prüflastwerte benutzt die ohnehin als Kennwert von Interesse sind, z. B. die obere Streckgrenze oder die 0.2-Grenze, die der obigen Forderung weitgehend entsprechen. Diese Last ist im folgenden mit Bezugslast bezeichnet. Die Dehnungsmessung endet nach dem Verfahren im Augenblick des Bruches der Probe und erfaßt damit die gesamte plastische Probendehnung.

Die relative Bruchdehnung A ist abhängig von dem Verhältnis der Meßlänge Lo zum Probenquerschnitt, hervorgerufen insbesondere durch die Einschnürdehnung. Es sind daher in den Normen bestimmte Verhältnisse vorgeschrieben, z. B. für Rundstäbe die Meßlänge Lo = 5 χ D.

Nach dem Verfahren und der Vorrichtung wird für die Messung der Bruchdehnung mit einer beliebigen Bezugsmeßlänge Lx gearbeitet und der Bezug zu einer bestimmten genormten Meßlänge Ln rechnerisch hergestellt, z. B. durch einen für Werkstoff- oder Probenformgruppen empirisch zu bestimmenden Koeffizient <? 55 für die Beziehung An = 3 χ Ax. Ein weiteres Verfahren zur Umrechnung der gemessenen Werte Ax auf den gewünschten Wert An besteht darin, daß mehrere das Dehnverhalten und den Verlauf der Spannungs-Dehnungs-Linie kennzeichnenden Werkstoffkennwerte getrennt erfaßt werden und ihr unterschiedlicher Einfluß auf den relativen Bruchdehnungswert getrennt bewertet werden. Hiemach werden z. B. die Hauptkomponenten der Bruchdehnung, die Gleichmaßdehnung Ag und die Einschnürdehnung Az wegen ihres in bezug auf die Meßlänge unterschiedlichen Einflusses auf den Bruchdehnungswert getrennt erfaßt Während die relative Gieichmaßdehnung praktisch unabhängig von der Größe der Meßstrecke ist, ist zwar die absolute Einschnürdehnung ebenfalls von der Meßlänge unabhängig, ihr Einfluß auf die relative Bruchdehnung A jedoch von der Meßlänge direkt abhängig.

Bezeichnet man mit dem Index χ die auf die Bezugslänge Lx bezogenen Werte und mit dem Index η die auf die gewünschte bzw. genormte Meßlänge Ln bezogenen Werte, so gilt für die auf die Meßlänge = Bezugslänge Lx bezogene Bruchdehnung

Ax =

100 = Ag + Azx

und für die Normmeßlänge
ALn

An =

χ 100 = Ag + Azn

Für die Einschnürdehnung gilt

Azn ■■

Δ Lzn , . Δ Lzx ■ und Azx =

Ln

Kx

worin die Verlängerungen Δ Lzn und Δ Lzx ausreichend genau gleichgroß sind, da sie von der Meßlänge unabhängig sind.
Hierdurch ^iIt

Azn = Azx

Lx Ln

Setzt man nun die rechten Seiten der Gleichungen 1 und 2 gleich, löst nach An hin auf und führt den Wert für Azn aus Gleichung 4 ein, so erhält man durch weitere geeignete mathematische Umformung die Formel

Lx

An = (Ax-Ag)-JfJ + Ag

Unter Benutzung des beschriebenen Verfahrens und Vorrichtung läßt sich mit einer solchen Beziehung die bei beliebiger Meßlänge Lx bestimmte relative Bruchdehnung Ax auf die Bruchdehnung An einer festgelegten oder genormten Meßlänge Ln umrechnen.

Um aus dem nach der Erfindung ermittelten absoluten Bruchdehnungswert die relative Bruchdehnung zu erhalten, wird erstere auf eine Ausgangsmeßliinge bezogen. Es wird als Bezugsmeßlänge Spo die Einspannlänge bestimmt die beim Erreichen der gleichen Prüflast vorhanden ist, bei der mit der Dehnungsmessung begoi.rsn wird, also der Bezugslast. Wird als solche die obere Streckgrenze oder 0,2-Grenze gewählt, so ist hierdurch auch der elastische Dehnungsanteil ausgeschieden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht z. B. aus einem Verlängerungsaufnehmer 4, der die Abstandsänderung der Spannköpfe 2 und 3 mißt und der mit der Anzeige erst beginnt, wenn er bei Erreichen der Bezugslast einen Startbefehl erhält und dessen Anzeige im Augenblick des Probenbruches blockiert wird.

Beispielsweise kann hier zweckmäßig eine elektrische Dehnungsmeßeinrichtung verwendet werden, bei der an einem Spannkopf die induktive Spule 42 befestigt ist und deren verschiebbarer Kern 41 über eine geeignete Verlängerungsstange mit dem anderen Spannkopf verbunden ist, wobei die Anzeige der Dehnung an einem Digital-Voltmeter 5 erfolgt Mit Versuchsbeginn tritt eine relative Bewegung zwischen Spule und Kern ein, wodurch die Meßspannung am Ausgang der Spule an-

steigt. Gleichzeitig wird jedoch eine gleichgroße entgegengesetzte Spannung erzeugt, die die Meßspannung kompensiert, so ds»ß keine Anzeige erfolgt. Ist die Bezugslast erreicht, so wird von Hand oder durch einen Spitzen-Wertgeber der elektrischen Kraftmessung oder von einem Rechner ein Schaltsignal gegeben, demzufolge die Oegenspannung auf dem erreichten Wert konstant genalten wird und die der Dehnung proportionale Spannungszunahme von diesem Schaltpunkt an fortlaufend angezeigt wird. Im Augenblick des Probenbruches wird die Dehnungsanzeige blockiert, in der Weise, daß das Anzeigeinstrument als Spitzenwertinstrument ausgebildet ist und ein Schaltsignal z. B. dadurch gegeben wird, daß die Probe selbs't als Leiter in einem Stromkreis liegt, der durch den Bruch der Probe unterbrochen wird.

Es kann auch ein Prozeßrechner eingesetzt werden, der in einem Rechenvorgang bis zum Erreichen der Bezugslast einen gleichgroßen aber entgegengesetzten Betrag von der Dehnungsanzeige abzieht und bei Erreichen der Bezugslast, dem Dehnungsmeßbeginn, von den fortlaufenden Dehnungsanzeigen einen konstanten Betrag abzieht.

Es kann weiterhin zur Bestimmung der Bezugsmeßlänge die gleiche Vorrichtung benutzt werden wie für die Dehnungsmessung selbst. Hierzu werden vor dem Versuch die beiden Spanköpfe 2 und 3 in eine Stellung gebracht, die dem Spannkopfabstand für die vorgesehenen Probenlängen in etwa entspricht. Dieser Abstand wird ausgemessen und die Dehnungsmeßeinrichtung in dieser Stellung auf Null einjustiert. Wird die Probe belastet, so bewegt sich der obere Spannkopf aufwärts und der jeweilige augenblickliche Spannkopfabstand ist gleich dem Anfangs-Abstand Spa plus dem Zuwachs Δ Sp der über den Dehnungsaufnehmer angefügt wird.

Wird ein Prozeßrechner benutzt, so addiert er laufend dem als konstant eingegebenen Wert Spa die Abstandszunahme Δ Sp hinzu, im Augenblick des Erreichens der Bezugslast bildet der Rechner die Summe Spa plus Δ Sp und speichert sie als Spo der Bezugslänge für die Berechnung des relativen Bruchdehnungswertes. In diesem Zeitpunkt ist die Benutzung der Dehnungsmeßeinrichtung für die Bestimmung von Spo beendet.

Die Anzeige wird vom Rechner auf Null gesetzt (z. B. durch Subtraktion des Anzeigewertes von sich selbst) und der Dehnungsgeber wird zur Anzeige der Probendehnung wie oben beschrieben weiter verwendet.

Die Bestimmung des Bezugsspannkopfabstandes hat den Vorteil, daß bei weiteren Versuchen der Ausgangsspannkopfabstand Spa nicht genau eingehalten zu werden braucht, da Abweichungen positiv und negativ vom Dehnungsaufnehmer erfaßt und damit bei der Berechnung der Bezugsmeßlänge berücksichtigt werden. Wird bei der Versuchsdurchführung kein Prozeßrechner verwendet, so wird erfindungsgemä'3 zur Bestimmung der Bezugsmeßlänge dem Anzeigegerät eine Verzögerungseinrichtung z. B. Zeitrelais vorgeschaltet, das beim Erreichen der Bezugslast bewirkt, daß die Anzeige Δ Sp so lange stehen bleibt, wie es zum Ablesen notwendig ist, bevor sie auf Null kompensiert wird und anschließend am Anzeigegerät die Dehnungszunahme angezeigt wird. Eine andere Anordnung besteht darin, daß zwei Anzeigegeräte an dem Deh.iungsaufnehmer angeschlossen sind, wovon das eine beim Erreichen der Bezugslast durch ein Signal stehen bleibt und den Wert Δ Sp anzeigt, wogegen das andere hier startet und nur die Dehnbeträge registriert Am Ende des Versuches wird so Δ Sp und der Dehnbetrag gleichzeitig angezeigt Zur Dehnungsmessung und zur Bestimmung der Bezugslänge können auch mechanische Dehnungsmeßeinrichtungen benutzt werden. In der F i g. 2 ist z. B. auf der linken Seite eine Vorrichtung zur Bestimmung der Bezugsmeßlänge dargestellt, wobei die Spannköpfe 2 und 3 zu Beginn des Vesuches die gewünschte Ausgangs-Einspannlänge Spa gefahren werden. In dieser Stellung wird dann durch Verschieben der Tastslange 8 die MeU-uhr 7 auf Null gestellt und diese Lage durch Herunterschieben des Gewichtes 9 bis zum Anschlag auf der Führung 10 fixiert. Die Abweichungen von der Ausgangseinspannlänge Spa im positiven und negativen Sinne wird nun bei Bewegung der Spannköpfe von der Meßuhr 7 angezeigt bis bei Erreichen der Bezugslast die Magnetkupplung 11 die Bewegung der Taststange blokkiert und damit auf der Meßuhr die Größe Δ Sp angezeigt wird, so daß die Bezugslänge aus Spa + Δ Sp berechnet werden kann. Auf der rechten Seite der Spannköpfe ist beispielsweise ein mechanischer Dehnungsmesser dargestellt, bei dem die Spannköpfe 2 und 3 nur so lange verbunden sind, wie die Magnetkupplung 15 geschlossen ist. Die Schließung erfolgn im Augenblick des Erreichens der Bezugslast und wird gelöst beim Bruch der Probe. Ein Maximalzeiger auf der Meßuhr 12 zeigt die maximale Dehnung nach dem Versuch an.

Zur Anwendung des Verfahrens bei Maschinen mit Probeneinspannungen die eine Relativ-Bewegung zum Spannkopf ausführen wird die Relativ-Bewegung berücksichtigt oder ausgeglichen z. B. durch eine Korrekturskala am Spannkopf zur Anzeige der Relativ-Bewegung der Keile gegenüber dem Spannkopf selbst oder dadurch, daß die Meßanordnung so getroffen wird, daß die Relativ-Bewegung selbsttätig kompensiert wird z. B. durch Anordnung der Dehnungsaufnehmer an Bauteilen, die der Keilbewegung folgen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen üiid d'ci'i Ansprüchen. Es zeigen in schematischen Skizzen
F i g. 1 Beispiel einer Zugprüfmaschine mit angebauter Verlängerungsmeßeinrichtung,

Fig.2 Beispiel einer mechanischen Verlängerungsmeßeinrichtung,

F i g. 3 Korrekturskala an einem Spannkopf,
Fig.4 Anordnung einer Verlängerungsmeßeinrichtung mit selbsttätigem Ausgleich von Relativ-Bewegungen.

Die F i g. 1 zeigt eine Zugprüfmaschine 1 bei der die beiden Spannköpfe 2 und 3 vor dem Versuch in eine Stellung gebracht wurden, bei der der Spannkopfabstand etwa der vorgesehenen Probenlänge eltspricht. Diener Abstand Sp-A wird über den Verlängerungsmesser 4 ausgemessen und die Anzeigevorrichtung 5 auf Null einjustiert. Bei Belastung der Probe 6 bewegt sich der obere Spannkopf 2 aufwärts. Der Abstand Δ Sp wird über den Verlängerungsmesser 4 auf der Anzeigevorrichtung 5 entsprechend angezeigt

Eine Verlängerungseinrichtung kann auch mechanischer Art sein, wie z. B. in F i g. 2 dargestellt Auf der linken Seite der Spannköpfe 2 und 3 ist die Meßeinrichtung zur Bestimmung der Bezugsmeßlänge Spo angeordnet.

Zur Festlegung der Ausgangsstellung Spa wird die Anzeigeeinrichtung 7 durch Anheben der Taststange 8 auf Null gesetzt und diese Lage durch Verschieben des Gewichtes S gegen den Anschlag 10 und Blockieren des ersteren gegenüber der Taststange 8 gesichert

Die Anzeigevorrichtung 7 zeigt die Relativ-Bewegung der beiden Spannköpfen 2 und 3 an, bis bei Errei-

¹ ' chen der Bezugslast die Magnetkupplung 11 geschlossen wird, die Taststange 8 blockiert ist und der Wert

ti,! Δ Sp angezeigt bleibt.

E Auf der rechten Seite der Spannköpfe 2 und 3 ist

^ beispielsweise eine Anordnung zur Bestimmung der

\f. Verlängerung gezeigt. Das Anzeigegerät 12 ist so ju-

il, stiert, daß es stets Null anzeigt, so lange sich die Tast-

j?: stange 13 in der Führung 14 frei bewegt. Bei Erreichen

p der Bezugslast wird durch ein Signal die Magnetkupp-

■j lung 15 geschlossen, so daß die Verlängerungen solange

fortlaufend angezeigt werden, bis bei Erreichen der

r Bruchlast die Kupplung 15 wieder öffnet, die Taststange

|: 13 in die Ausgangslage zurückkehrt und der erreichte

>.^! Verlängerungswert durch einen nicht dargestellten

'; Schleppzeiger festgehalten wird.

; In F i g. 3 ist ein Spannkopf 2 dargestellt, wie bei Ma-

Yi schinen mit Probeneinspannungen die eine Relativ-Be-

% wegung zum Spannkopf ausführen. Diese Relativ-Be-

"; wegung der Keile 16 gegenüber dem Spannkopf 2 zeigt

i\ eine Korrekturskala 17 an. Der festgestellte Wert muß

U entsprechend berücksichtigt oder ausgeglichen werden.

I Die Relativ-Bewegung kann auch selbsttätig kom-

^!js pensiert werden wie in Fig.4 dargestellt. Hierbei wird

"J die Verlängerungsmeßeinrichtung 18 mit den Spannkol-

■ 3j ben 19,19' verbunden, die wiederum mit den Keilen 20,

Ja 20' zum hydraulischen Spannen verbunden sind. Die

¹Ji Einstellung der Veriängerungseinrichtung 18 erfolgt

β über die Einstellkupplung 21.

'' Bezugszeichenliste

";'! 1 Zugprüfmaschine

I; 2 Spannkopf (oberer)

}"■ 3 Spannkopf (unterer)

% 4 Verlängerungsmesser

Ϊ'· 5 Anzeigeeinrichtung (elektrisch)

I 6 Probe

?i 7 Anzeigeeinrichtung (mechanisch)

';, 8 Taststange

·; 9 Verschiebegewicht

ν 10 Anschlag

,;' 11 Magnetkupplung

£ 12 Anzeigegerät (mechanisch)

':': 13 Taststange

"f 14 Führung

'■;■ 15 Magnetkupplung

;■ 16 Keile

's ] 17 Korrekturskala

U 18 Verlängerungsmeßeinrichtung

ir; 19 Spannkolben

?; 19' Spannkolben

i 20 Keile

J 20' Keile

H 21 Einstellkupplung

ig 41 Kern

1 42 Spule

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung des Verformungs- und Dehnungsverhaltens von Werkstoffen, insbesondere bei der Bestimmung der Bruchdehnung und der Dehngrenzen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die Verlängerungen der Proben wird über die gesamte oder fast gesamte Einspannlänge ermittelt;

b) die Messung beginnt erst bei einer Bezugslast, wie die obere Streckgrenze oder die Dehngrenze, bei der die Prüfeinrichtung so hoch belastet is ist, daß Verfälschungen des Meßergebnisses durch Verformungen oder Versetzungen der Prüfeinrichtung selbst vernachlässigbar sind;

c) der elast'sche Dehnungsbereich der Probe durchfahren ist und die Verformungseinflüsse durch die Prüfeinrichtung, wie später bei dem Abschluß der Dehnungsmessung, der bei der Bruchdehnungsbestimmung im Augenblick des Probenbruches erfolgt, annäherd die gleichen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die an der Ausgangsmeßlänge beliebiger Größe Lx ermittelte relative Bruchdehnung Ax in die auf eine genormte Meßlänge L_n bezogene relative Bruchdehnung A_n durch einen empirisch bestimmten

Koeffizienten ό' = -τ— bestimmt vird,

daß mindestens zwei das Dehnverhalten und den Verlauf der Spannungs-Dehnungs-Linie kennzeichnende Werkstoffkennwerte erfaßt und in ihrem Einfluß auf die Auswirkung der Meßlänge auf das Ergebnis bewertet werden, die Gleichmaßdehnung Ag und die Gesamtdehnung Ax = (Ag + Az), wobei Az die Einschnürdehnung bezeichnet, und hieraus die Bruchdehnung An, durch die für bestimmte Werkstoffe gültige Beziehung

An = (Ax-Ag) ■ -jj + Ag

45

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die relative Bruchdehnung auf eine Bezugslänge Spa bezogen ist, die der gesamten oder fast gesamten Einspannlänge der Probe entspricht, die bei der Prüflast vorhanden ist, bei der die Dehnungsmessung beginnt, d. h. der Bezugslast.

4. Vorrichtung zur Bestimmung der Einspannlänge an einem Probekörper zur Bestimmung des Verformungs- und Dehnungsverhaltens von Werkstoffen bzw. Werkstoffeigenschaften mit einem Verlängerungsaufnehmer, der die Abstandsänderung der Spannköpfe 2 und 3 mißt, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Anzeige bei Erreichen der Bezugslast durch ein Startsignal beginnt und im Augenblick des Bruches der Probe endet, wobei vorzugsweise

b) als Verlängerungsaufnehmer ein induktives Sy- <>5 stern mit fester Induktionsspule (42) und verschiebbarem ferromagnetischem Kern (41) dient, bei dem

c) der bei der Verlängerung ansteigenden Meßspannung eine gleichgroße jedoch entgegengesetzte Spannung zugeschaltet ist und bei Erreichen der Bezugslast die Gegenspannung konstant gehalten wird;

d) die Differenz aus »augenblicklicher Meßspannung — konstanter Gegenspannung« als Maß für die Längenänderung der Probe bis zum Bruch dient

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsanzeige durch die im Stromkreis des Dehnungsmessers (4) als Leiter liegende Probe (6) beim Bruch als Schalter wirkt und die Anzeige (5) anhält

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Bezugslänge Sp₀, die für die Dehnungsmessung eingesetzte Meßeinrichtung (4) benutzt wird durch Nulljustierung der Einrichtung (4) bei einem der Probenlänge angepaßten Abstand Spa der Spannköpfe (2) und (3) und fortlaufenden Anzeige der positiven oder negativen Abweichungen von dieser Einspannlänge als Summe oder Differenz Spa ± Δ Sp auf dem Anzeigeinstrument (5) bis im Augenblick des Erreichens der Bezugslast die ßezugsmeßlänge Spa ± Δ Sp an Anzeige (5) angezeigt oder einem Computer zugeleitet wird und dann Dehnungsmesser (4) und Anzeigeinstrument (5) die absolute Probenverlängerung anzeigen.

7. Vorrichtungen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anzeige der Bezugslänge und der Dehnung nur ein Anzeigeinstrument (5) vorhanden ist, das als Maximalwert den Spannkopfabstand Spa ± Δ Sp bei Erreichen der Bezugslast solange anzeigt, bis ein Zeitrelais die der Meßspannung dieses Maximalwertes entsprechende Gegenspannung aufschaltet und der inzwischen erreichte Dehnungswert auf dem Anzeigeinstrument erscheint und weiter dessen Zunahme gemessen und angezeigt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Anzeigeinstrumente vorhanden sind,

a) ein erstes Anzeigegerät zur Anzeige des Spannkopfabstandes Spo, der Bezugslänge im Augenblick der Bezugslast und

b) ein zweites Anzeigegerät für die Dehnungszunahme vom Augenblick der Bezugslast an,

c) die jeweiligen Maximalwerte, Bezugslänge und absolute Dehnung nach dem Bruch der Probe anzeigen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine mechanische Dehnungsmeßeinrichtung

b) bei der die am Spannkopf (2) befestigte Meßuhr (12) über die Taststange (13) und Elektrokupplung (15) mit Halter (14) am Gegenspannkopf (3) verbunden ist und

c) die Elektrokupplung (15) beim Erreichen der Bezugslast geschlossen und beim Bruch der Probe geöffnet wird,

d) sowie der Schleppzeiger der Meßuhr die maximale Dehnung anzeigt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Spannkopf (2) die Meßuhr (7) befestigt ist, die mit dem Spannkopf (3) durch die Taststange (8) dem darauf verschiebbaren Gewicht (9) zur Einstellung des Abstandes Spo und dem Anschlag (10) verbunden ist, sowie der mit Spannkopf (2) verbundenen elektromagnetischen Blockiereinrichtung (11) für die Taststange (8).

11. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Spannkopf eine feste Skale (17) angeordnet ist und der darunter befindiche Spannkeil des Keilpaares (16) eine Stellungsmarkierung (22) hat

12. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (18) des Dehnungsmessers, z. B. die Meßspule an dem Keilbetätigungskolben (19) und Teil (21) des Dehnungsmesser, z. B. die Taststange mit Kern am Keilbetätigungskolben (19) befestigt sind und die Betätigungskolben (19) und (19') direkt mit den Keilen (20) und (20') in Verbindung stehen, z. B. durch Kraftschluß.